東莞地鐵設備智能運維系統(tǒng)分析

張黎璋

(東莞市軌道交通有限公司，523378，東莞//高級工程師)

近年來，隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，對設備設施的維護與全壽命周期管理提出了更高的要求?；谛畔⒒侄?、大數(shù)據(jù)分析平臺、智能終端、在途監(jiān)測設備的智能運維系統(tǒng)得到了快速的應用和發(fā)展。與傳統(tǒng)運維模式相比，智能運維系統(tǒng)在保障城市軌道交通安全可靠運營的基礎上能夠最大限度地降低運維成本，符合環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求[1]。本文介紹了東莞地鐵的智能設備運維系統(tǒng)及其應用情況。

1 城市軌道交通傳統(tǒng)設備運維模式分析

傳統(tǒng)的城市軌道交通設備運維模式采用的是設備定期檢修加故障維修的方法，是根據(jù)設備檢修規(guī)程周期性地開展設備檢修工作，并利用綜合監(jiān)控等系統(tǒng)進行設備故障監(jiān)測。傳統(tǒng)的城市軌道交通設備運維模式缺少設備的全生命周期跟蹤及實時狀態(tài)預警等功能，因此運營設備易出現(xiàn)過修、欠修等狀況。同時，由于設備檢修主要是由作業(yè)人員按照檢修規(guī)程進行主動檢測，受作業(yè)人員身體和精神狀態(tài)的影響，也易發(fā)生漏檢、錯檢等情況[2]。

2 東莞地鐵設備智能運維系統(tǒng)

東莞地鐵設備智能運維系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 東莞地鐵設備智能運維系統(tǒng)組成框圖

東莞地鐵目前處于單線運營狀態(tài)。東莞地鐵2號線于2016年5月27日開通，總長37.788 km，最高設計速度為120 km/h，是一條連接東莞火車站和虎門火車站的市域快速干線。在線路設計階段就規(guī)劃了設備智能運維體系，并在后續(xù)建設和運營過程中分階段實施。其中，設備信息化管理平臺是在線路試運營初期實施的，弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)、輪對檢測系統(tǒng)等在途監(jiān)測系統(tǒng)是在正式運營后逐步投入使用的。

根據(jù)城市軌道交通設備智能運維特點，東莞地鐵設備智能運維工作分為設備監(jiān)測感知、數(shù)據(jù)傳輸存儲、數(shù)據(jù)分析處理、運維業(yè)務處理及運維執(zhí)行處置5個階段，如圖2所示。

圖2 東莞地鐵設備智能運維各階段工作內(nèi)容

3 東莞地鐵設備信息化管理平臺

設備信息化管理平臺是東莞地鐵設備智能運維系統(tǒng)的基礎，依托設備信息化管理平臺實現(xiàn)設備維修管理、數(shù)據(jù)保存分析、故障預測與趨勢判斷、施工管理、物料出入庫、采購、報廢等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能管理和自動流轉(zhuǎn)，消除了運維管理信息孤島與碎片化[3]。東莞地鐵設備信息化管理平臺包括資產(chǎn)一體化(含資產(chǎn)管理模塊、設備維護維修模塊、物資管理模塊)、施工調(diào)度、車務管理(含票務管理模塊、車務管理模塊、站區(qū)管理模塊、服務熱線模塊)、財務管理和運營統(tǒng)計分析等子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)是基于運營管理業(yè)務需求整體開發(fā)的，子系統(tǒng)間相互聯(lián)系、數(shù)據(jù)共享。設備信息化管理平臺也為后續(xù)相關的信息化系統(tǒng)建設預留了接口。

3.1 資產(chǎn)一體化管理系統(tǒng)

資產(chǎn)一體化管理系統(tǒng)組成框圖如圖3所示。運營分公司利用該平臺可實現(xiàn)設備的動態(tài)管理，建立以設備為中心、預防性維護為主導、工單為主線的管理方式。

1) 資產(chǎn)管理模塊。資產(chǎn)是城市軌道交通運營和發(fā)展的基礎，其數(shù)量、質(zhì)量、技術結構、管理水平、信息化管理程度等標志著城市軌道交通運營生產(chǎn)能力和管理發(fā)展水平。資產(chǎn)管理模塊圍繞資產(chǎn)實物和價值2條管理主線，與財務管理系統(tǒng)、維修維護管理模塊和物資管理模塊無縫集成、協(xié)同運作，實現(xiàn)對資產(chǎn)的規(guī)劃、建設(購置)、驗收、交付(登記)、使用、維護、更新改造、報廢等過程的全生命周期管理。

圖3 資產(chǎn)一體化管理系統(tǒng)組成框圖

2) 維護維修模塊。具備設備維修工單管理、設備履歷管理、維修數(shù)據(jù)統(tǒng)計、設備狀態(tài)判斷預警、委外修管理等功能，能夠根據(jù)各設備的檢修周期自動派生計劃修工單，根據(jù)設備故障報修記錄生成故障維修工單，如圖4所示。需要申報施工計劃的維修工單，維修工單信息通過接口至傳輸施工管理系統(tǒng)，施工管理系統(tǒng)自動生成并提報施工計劃。工單消耗物料信息和備件數(shù)據(jù)傳輸至物資管理模塊后，即可自動辦理物料、備件的出庫和領用。輸入設備故障情況、維保記錄等基礎信息后，維護維修模塊可自動生成設備履歷信息。設備上都貼有二維碼標簽，并導入了設備操作手冊、維修規(guī)程等基礎信息數(shù)據(jù)，為設備維保及故障處理等信息獲取提供了便捷的查詢渠道。

圖4 設備維護維修全過程管理流程

3) 物資管理模塊。設備維保工作離不開高效的物資保障系統(tǒng)，物資管理模塊實現(xiàn)了從預算、采購、入庫、倉儲、出庫和報廢的全流程管理。當維修作業(yè)需要使用備件時，設備維護維修管理模塊生成維修工單并聯(lián)動物資管理模塊進行物料申請；物資管理人員同意物料申請后，物資管理模塊自動發(fā)送數(shù)據(jù)到立體倉庫系統(tǒng)，完成自動出料。同時，物資管理模塊自動調(diào)整相應備件的庫存數(shù)量，當備件的物資庫存低于安全庫存時，物資管理模塊會自動發(fā)起采購申請。

4) RAMS(可靠性、可用性、可維修性、安全性)指標管理。東莞地鐵通過資產(chǎn)一體化管理系統(tǒng)的應用實現(xiàn)了設備的RAMS指標管理。通過設備維護維修管理模塊中形成的各類維保數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，能夠全面了解設備的RAMS水平，識別設備維保中存在的薄弱環(huán)節(jié)，評估設備系統(tǒng)的性能變化趨勢，并能夠有針對性地提前修訂維修規(guī)程、物料配置標準和備件安全庫存等相關標準[1]，以達到持續(xù)優(yōu)化的效果。

3.2 施工管理系統(tǒng)

施工管理系統(tǒng)實現(xiàn)了施工作業(yè)組織實時計劃審批、過程中的請銷點審批、停送電審批、掛拆地線審批的管理，并能夠自動進行沖突檢測。由設備維修工單發(fā)起的施工作業(yè)，在作業(yè)完成后銷點數(shù)據(jù)將自動傳回設備維護維修模塊。由于打通了施工管理系統(tǒng)與設備維護維修模塊的上下游關系，因此確保了從工單生成到施工計劃提報再到作業(yè)時的請銷點等施工作業(yè)的順利開展，同時也減輕了相關管理人員的工作量。

3.3 運營統(tǒng)計分析系統(tǒng)

運營統(tǒng)計分析系統(tǒng)統(tǒng)計的指標范圍主要包括運行類、客流類、能耗類、服務類、車輛類、安全類、物資類、財務類、固定資產(chǎn)設備類、資源經(jīng)營類報表指標，實現(xiàn)了統(tǒng)計指標管理、數(shù)據(jù)填報匯總、數(shù)據(jù)趨勢分析預警和數(shù)據(jù)查詢等功能，可為運營生產(chǎn)經(jīng)營指標的分析和設定、生產(chǎn)運輸計劃的編制、設備設施狀態(tài)的判斷提供數(shù)據(jù)支持。

3.4 地鐵控制保護區(qū)巡查系統(tǒng)

地鐵控制保護區(qū)巡查系統(tǒng)用于跟進及記錄地鐵控制保護區(qū)的事件，滿足地鐵控制保護區(qū)管理人員的綜合信息管理、項目管理、巡線管理、三維地質(zhì)管理等需求，如圖5所示。該系統(tǒng)配置了巡查手持終端及移動客戶端，支持精準實時定位、線路地圖及信息展示、巡查信息上報、監(jiān)測報警等功能。利用信息化手段提高了地鐵控制保護區(qū)巡查效率，能夠有效預防控制地鐵控制保護區(qū)內(nèi)外單位施工對地鐵運營造成的影響。

圖5 地鐵控制保護區(qū)巡查系統(tǒng)功能框圖

3.5 地鐵移動APP

為滿足員工移動辦公需要，東莞地鐵建立了地鐵移動APP，并與資產(chǎn)一體化管理系統(tǒng)建立工作待辦推送接口功能，平臺上的待辦任務可推送至地鐵移動APP，實現(xiàn)了快速申請審批、查詢物資、報故障、查詢設備履歷等功能。

4 東莞地鐵設備智能監(jiān)測及管理系統(tǒng)

在使用設備信息化管理平臺開展設備智能運維的同時，東莞地鐵針對2號線線路和設備特點，還引入了弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)、列車輪對監(jiān)測系統(tǒng)、供電安全系統(tǒng)等設備智能監(jiān)測及管理系統(tǒng)，通過這些系統(tǒng)的使用達到故障提前告警和提升作業(yè)安全管控水平的目的。

4.1 弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)

東莞地鐵2號線最高運行速度達到120 km/h，在列車運行過程中弓網(wǎng)出現(xiàn)異常情況的可能性高于一般地鐵線路。為及時發(fā)現(xiàn)弓網(wǎng)的異常情況，東莞地鐵引入弓網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用非接觸動態(tài)檢測技術，利用圖像測量法與激光測量法兩種檢測方法，獲取列車運行時弓網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)(包括受電弓輪廓、中心線偏移、多向傾斜、羊角變形等受電弓參數(shù))，實時監(jiān)測燃弧、電流、動態(tài)拉出值、接觸線磨耗、硬點、接觸力及懸掛等數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)直接標注在圖片上，并進行自動分析，實現(xiàn)了對受電弓結構、弓網(wǎng)關系趨勢的實時分析及告警。同時，所檢測到的弓網(wǎng)參數(shù)可導入運營信息化管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為設備維保提供參考和依據(jù)。

4.2 列車輪對檢測系統(tǒng)

列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)安裝于2號線正線軌行區(qū)。該系統(tǒng)采用非接觸式圖像測量技術和高精度位移測量技術，能準確檢測車輪各部位的尺寸和踏面缺陷(包括踏面磨耗、輪緣厚度、輪緣高度、輪緣綜合值(QR值)、車輪直徑、輪對內(nèi)側(cè)距等)，可圖像化顯示檢測值；利用3D圖像軟件對輪對的數(shù)據(jù)進行分析計算，直觀顯示測量結果并對異常情況進行報警；將輪對數(shù)據(jù)的分析及報警結果傳輸至運營信息化平臺，可為后續(xù)輪對鏇修提供數(shù)據(jù)參考。

4.3 供電運行安全管理系統(tǒng)

東莞地鐵2號線由2座110 kV主變電所供電，全線設置13座牽引降壓混合變電所、6座獨立降壓變電所、7座跟隨式降壓變電所。為了確保供電設備檢修安全，提高工作效率，2號線采用了供電運行安全管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含可視化防誤、地線管理、操作票管理、工作票管理、巡檢設施管理5個子系統(tǒng)，如圖6所示。系統(tǒng)設備分布在2號線所轄范圍內(nèi)的OCC(運營控制中心)、DCC(車輛段控制中心)、變電所、接觸網(wǎng)值班室及正線各個車站，為供電系統(tǒng)檢修建立了一個程序化、網(wǎng)絡化、可視化、標準化的安全保障體系。

圖6 供電運行安全管理系統(tǒng)組成框圖

4.4 電客車智能運維系統(tǒng)

針對電客車維修設備種類多、維修深度大的特點，東莞地鐵建設了電客車智能運維系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)檢修數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析管理功能，包括維修件的狀態(tài)參數(shù)、故障點提取、檢修設備信息、檢修操作人員信息、檢修過程信息、檢修完成狀態(tài)參數(shù)信息等。該系統(tǒng)能對設備檢修人員、車輛段內(nèi)電客車及工程車進行定位，完成檢修作業(yè)任務上報及派工。采用電子化過程記錄代替?zhèn)鹘y(tǒng)紙質(zhì)作業(yè)記錄，便于數(shù)據(jù)的管理與跟蹤。設備檢修數(shù)據(jù)通過無線局域網(wǎng)上傳到控制室服務器，控制室服務器將數(shù)據(jù)匯總后分類存儲，實現(xiàn)了檢修數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、便捷存儲查詢及分析。

5 東莞地鐵設備智能運維系統(tǒng)應用總結及展望

1) 全面推廣重點設備的在線監(jiān)測和分析。通過引入設備監(jiān)測分析系統(tǒng)，對道岔、車門、屏蔽門等各類影響行車的關鍵設備進行全生命周期管理，提升運營設備維修可靠性。

2) 普及運維移動手持終端的使用。目前，東莞地鐵部分運營設備維保工作已使用了移動手持終端。手持終端的使用能夠有效提高工作效率，減輕一線維保人員的工作量。將移動手持終端應用到更多的設備維保工作中，并將移動手持終端與信息化管理平臺連接，可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)共享、狀態(tài)分析、維保決策，能夠進一步提升設備智能維保深度。

3) 依托設備智能運維系統(tǒng)進行設備狀態(tài)修的探索。隨著設備智能運維技術的發(fā)展，在大數(shù)據(jù)中心的支持下，可對設備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控、故障預測與設備劣化趨勢判斷，進而實現(xiàn)設備在線實時故障診斷、運用狀態(tài)全面分析、劣化設備提前預警[4]，以使設備處于可靠受控狀態(tài)。

4) 全自動運行模式下設備智能運維的探索。全自動運行技術與設備智能運維技術具有相同的技術特點，即均體現(xiàn)技術的智能化、自動化、信息化。探討全自動運行模式下的智能運維具有重要意義。

5) 數(shù)據(jù)云平臺的應用。城市軌道交通云平臺建設正從管理領域向生產(chǎn)領域滲透，以實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)、內(nèi)部辦公系統(tǒng)與外部服務系統(tǒng)的有機統(tǒng)一。通過搭建統(tǒng)一的生產(chǎn)云平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享、降低能源消耗和高效利用空間資源的目的。

6 結語

東莞地鐵在設備智能運維方面進行了積極探索，通過設備智能運維系統(tǒng)的建設實現(xiàn)了設備全生命周期的管理，提高了設備的整體運維水平，預防和減少了設備故障的發(fā)生，降低了維護成本，為地鐵運營安全、運輸效率、服務質(zhì)量提供了保障。未來將在設備智能運維應用的廣度和深度上下功夫，進一步提升設備智能運維水平。